EP4259471A1 - Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung einer speicherkapazitätsreserve in einer traktionsbatterie für eine bevorstehende gefällefahrt - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung einer speicherkapazitätsreserve in einer traktionsbatterie für eine bevorstehende gefällefahrt

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EP4259471A1
EP4259471A1 EP21834783.9A EP21834783A EP4259471A1 EP 4259471 A1 EP4259471 A1 EP 4259471A1 EP 21834783 A EP21834783 A EP 21834783A EP 4259471 A1 EP4259471 A1 EP 4259471A1
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EP
European Patent Office
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downhill
motor vehicle
charge
traction battery
energy
Prior art date
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Pending
Application number
EP21834783.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Wagner
Christian Haupt
Julius Engasser
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Filing date
Publication date
Application filed by MAN Truck and Bus SE filed Critical MAN Truck and Bus SE
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for providing a storage capacity reserve in a traction battery for an electrically driven motor vehicle, preferably a commercial vehicle, for an upcoming downhill drive, and an electrically driven motor vehicle, preferably a commercial vehicle, which has the device.
  • a primary retarder is usually arranged on the engine side in the power flow in front of the transmission, and a secondary retarder is arranged in the power flow behind the transmission.
  • Electrically powered motor vehicles can reverse the energy conversion when braking, i. That is, the electric motor acts as a generator and converts the kinetic energy of the motor vehicle into electrical energy through regenerative braking, with the drive axle being subjected to regenerative braking torque. In this process, known as recuperation, the electrical energy is stored back in the traction batteries, which requires that there be free storage capacity.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved technology that enables wear-free recuperative continuous braking and avoids the disadvantages of conventional approaches.
  • the task is to exploit the energy recovery potential through recuperative continuous braking with the highest possible efficiency and thus improved from an energetic, economic and ecological point of view.
  • a method for providing a storage capacity reserve in a traction battery for an electrically driven motor vehicle preferably a commercial vehicle
  • the method includes recognizing whether an electric charging process of the traction battery by means of an external charging source is imminent, and determining one or more possible downhill stretches for downhill travel that is imminent after the electric charging process. In other words, a prediction or estimate is made as to whether and which downhill section ⁇ ) is or are suitable for continuing the journey after the external charging process.
  • the method also includes predicting or estimating one or more amounts of recuperated energy that are recuperated by the motor vehicle along each of the determined downhill stretches, and specifying, e.g. B. a lowering of a maximum battery state of charge of the traction battery for charging using the external charging source depending on the predicted amount or the predicted amounts of recuperated energy.
  • a basic idea of the invention is, in an external loading process, e.g. B. at a charging station, not to fully charge the traction battery if it is foreseeable that after the charging process there is a downhill drive, in which more electrical energy can be recuperated than is consumed.
  • the maximum battery state of charge for the charging process i.e. the state of charge up to which the traction battery is charged to the maximum during the next external charging process, is reduced in a targeted manner in order to maintain a storage capacity reserve in the traction battery, in order to be able to store as much of this future recuperated energy as traction energy and as little as possible in having to give off heat to the environment.
  • the extent to which the maximum battery state of charge is lowered for the charging process is determined as a function of a prediction or estimate of the amount of energy that can be recuperated when driving downhill.
  • an energy recovery potential can be utilized with the highest possible efficiency by means of recuperative continuous braking when driving downhill.
  • the amount of recuperated energy can be optimized to ensure recuperative continuous braking during the upcoming downhill drive without overcharging the traction battery, and preferably to avoid or at least reduce the use of braking resistors.
  • the maximum permissible state of charge can be defined in such a way that it leaves a sufficient storage capacity reserve of the traction battery for a necessary continuous braking during the impending downhill drive and the energy recuperated in the process.
  • a downhill section is characterized in that a section beginning of the downhill section has a higher terrain elevation than a section end of the downhill section.
  • the downhill section can have flat or uphill sections, along which the motor vehicle consumes more electrical energy than it recuperates.
  • the downhill stretch can have sections along which the motor vehicle consumes more electrical energy than is recuperated, as long as more electrical energy is recuperated than is consumed over the entire downhill stretch.
  • the recuperated energy corresponds to a potential energy of the motor vehicle, which is converted into electrical energy when the motor vehicle is decelerated (ie when the motor vehicle brakes) and is stored in the traction battery if there is a corresponding storage capacity there.
  • the recuperated energy is generated by an electric machine.
  • the electric machine can be used as an electric motor for driving the motor vehicle and during the braking process, e.g. B. when the driver presses the brake pedal of the motor vehicle, act as a generator and thus simultaneously as a brake.
  • the recuperated energy can correspond to an energy balance of the electrical energy consumed and delivered by the traction battery.
  • the energy balance shows a positive energy balance along the entire downhill section (ie more electrical energy is absorbed than emitted). Furthermore, the energy balance can take into account the electrical energy required for driving the motor vehicle from the loading position to the start of the downhill stretch.
  • a battery state of charge is a parameter that specifies a measure of the state of charge of the traction battery or from which the state of charge can be derived.
  • the battery state of charge may indicate the state of charge relative to the charge capacity of the traction battery, with a fully charged traction battery having a battery state of charge of 100%.
  • the battery charge level is also referred to as the "State of Charge” or SoC.
  • the maximum battery state of charge of the traction battery for the next charging process using the external charging source specifies a limit up to which the traction battery can be charged while charging using the external charging source.
  • the external charging process is automatically terminated by the motor vehicle.
  • the adaptation of the battery state of charge according to the invention preferably applies only to the next charging process using the external charging source. During operation, this maximum battery state of charge can and should be exceeded by storing recuperative energy.
  • the maximum battery state of charge is set to a value below 100% of the maximum storage capacity, e.g. B. to 85%.
  • the charging process stops when the maximum battery charge level is reached.
  • this maximum state of charge for external charging of the traction battery is specifically lowered if z. B. a continuation downhill is predicted and associated energy recovery through recuperative braking.
  • the maximum battery state of charge can be used to automatically and reliably end charging processes at a higher location when the battery state of charge is equal to the maximum battery state of charge, in order to provide sufficient storage capacity for absorbing recuperated energy when driving further downhill.
  • the highest amount can be selected from among the predicted amounts of recuperated energy and the maximum battery charging state depending on the highest quantity.
  • the maximum battery state of charge can result from a storage capacity or from a target value for the maximum battery state of charge of the traction battery minus the selected maximum amount.
  • recuperative continuous braking can be ensured during the forthcoming downhill travel along each of the specific downhill stretches, without overcharging the traction battery and avoiding the use of braking resistors.
  • the specified maximum battery charge level can be the lowest among the possible maximum battery charge levels of the possible downhill stretches.
  • the maximum battery state of charge is thus selected which provides the greatest storage capacity reserve for the traction battery in order to avoid overcharging the traction battery, regardless of which of the possible downhill stretches the driver ultimately chooses to continue driving.
  • the setting of a maximum battery state of charge may include a manual selection by a user of one of the determined downhill sections and/or one of the predicted amounts of recuperated energy via a charging dialog and the maximum battery state of charge depending on the selected downhill section and/or the selected ones Amount of recuperated energy can be specified.
  • the defined maximum battery charge state for the next external charging process can be changed and/or changed manually by the user via a charging dialog. Provision can also be made for the user to have to confirm the proposed reduction in the maximum battery state of charge as part of a charging dialog, e.g. B. by the user confirming a reduction in the maximum battery charge level for the next external charging process using a rotary pushbutton as a control element.
  • the proposed reduction in the maximum battery charge state can be confirmed by voice input and/or by touch input on a touch-sensitive screen. This can prevent the user from being “surprised” by a surprisingly low charge of the traction energy storage device when driving on.
  • the term "loading dialog" describes a user interaction, e.g. B. via the vehicle infotainment system, which is optionally carried out according to the embodiments described above when the method for providing a storage capacity reserve is carried out in the traction battery on the vehicle side.
  • a portable device e.g. B. a mobile device takes place.
  • the proposed lowering of the maximum battery state of charge can be displayed on a screen of the portable device, for example by means of an application.
  • the user's confirmation can be made using the application and an input unit of the portable device, e.g. B. a touch screen can be detected.
  • the route for the upcoming downhill drive can be specified by the user manually, for example using a navigation system, and the maximum battery charge state can be defined as a function of the manually specified route.
  • Manual selection can change the maximum battery level set as a function of the highest amount, thereby improving the accuracy of the maximum battery level adjustment.
  • the user z. B. the driver himself, after the charging process, the route to be traveled, thus, if necessary, specify the downhill section for downhill travel after the electrical charging process or change the maximum battery state of charge manually, whereby recuperative continuous braking can be guaranteed along the entire downhill section specified and the traction battery on charged up to its storage capacity or the target value at the end of the descent.
  • the user is thus given the opportunity to manually change the system's automatically generated suggestion of the maximum battery charge level or the route to be considered for the further journey by either entering the "correct" downhill stretch or route for the further journey from the user's point of view or directly by entering the off From the user's point of view, the preferred or corrected value for the maximum battery state of charge at which the forthcoming external charging process is terminated is specified.
  • the amounts of recuperated energy can be predicted using a stored motor vehicle model.
  • Motor vehicle models for Electrically driven motor vehicles that estimate an energy balance (amount of recuperated energy vs. amount of energy consumed) also taking into account topographical elevation data along an upcoming route are known per se from the prior art, e.g. B. to predict the range of the purely electrically powered vehicle.
  • the amounts of recuperated energy can be predicted using a stored motor vehicle model, which takes into account at least one, preferably several, of the following parameters for the forthcoming downhill drive: a downhill gradient, a speed of the motor vehicle, a load on the motor vehicle, weather and temperature data and an energy consumption of motor vehicle consumers, for example cooling, air conditioning, heating or superstructures, for example a refrigerated box.
  • the energy consumption of motor vehicle consumers can include a current energy consumption and/or an expected energy consumption while driving downhill.
  • the current energy consumption can be determined by the current electrical energy that is drawn from the traction battery.
  • the expected energy consumption can be determined taking into account the weather and temperature data and/or the time of year.
  • the stored motor vehicle model can be determined or refined from driving cycles and/or real vehicle measurements, which are used to experimentally determine the amount of recuperated energy for different values of the parameters taken into account in the motor vehicle model for different downhill gradients and which, for example, take into account the duration and intensity of the permanent brake depending on the gradient .
  • Predicting the amounts of recuperated energy using the stored motor vehicle model can include detecting the parameters.
  • the loading of the motor vehicle and/or the weather and temperature data can be entered manually via a loading dialog.
  • the weather and temperature data can be determined using sensors.
  • the weather and temperature data can be recorded via a radio link from an external weather station and/or an external weather information system.
  • the incline of the incline can be determined using topography data.
  • the speed of the motor vehicle can be based on speed limits that go along apply to the downhill section, and/or current traffic data of the downhill section are determined.
  • the current traffic data can be recorded by an external traffic information system via a radio link.
  • the extent to which the amount of recuperated energy is influenced by various influences can advantageously be taken into account.
  • the load and thus the weight of the motor vehicle can influence the amount of energy recuperated, particularly in the case of commercial vehicles.
  • a higher weight a higher intensity of the endurance brake is necessary, i. That is, the higher the weight, the higher the amount of recuperated energy.
  • the weather and temperature data can e.g. B. give an indication of an expected cooling or heating capacity.
  • the stored motor vehicle model can include one or more multidimensional characteristic diagrams.
  • the maps can take into account the parameters and the relationship between the parameters.
  • the stored motor vehicle model can also include one or more functions depending on the parameters.
  • the stored motor vehicle model can be evaluated by appropriate algorithms and the amount of recuperated energy can thus be determined.
  • the maximum battery state of charge can also be defined as a function of a storage capacity of the traction battery, a current state of charge of the traction battery and/or a current vehicle mass, including a payload. Defining the maximum battery state of charge can include detecting the storage capacity of the traction battery, the current state of charge of the traction battery and/or the current vehicle mass, including the payload.
  • each downhill section of the one or more downhill sections can be determined using topographical data, with at least one of the following conditions having to be met: a) the downhill section is drivable for the motor vehicle; b) the length of the downhill stretch is above a predetermined minimum length; c) a start of the downhill section is within a distance of a charging position at which the electrical charging process is carried out and has a downhill gradient above a predetermined limit value, which is preferably determined from driving cycles and/or real vehicle measurements; d) one end of the downhill stretch has a lower terrain height than the loading position and a downhill gradient below the predetermined limit value, preferably with a route of a predetermined length following the end of the runway having an average downhill gradient below the predetermined limit value.
  • a terrain height difference between the loading position and the beginning of the route can be smaller than a predetermined maximum difference and/or the downhill route can have an average gradient above the predetermined limit value.
  • the gradient can also be referred to as a gradient.
  • the selection of the downhill stretches to be considered is improved on the basis of the above criteria. So e.g. B. can be determined on the basis of the predetermined limit when the downhill section "end" is when the value of the downhill slope is small again and the route, at least largely, runs flat again.
  • possible downhill stretches can be determined that the motor vehicle can travel downhill until the motor vehicle reaches a lower level where more electrical energy is consumed when driving again than being recuperated and the current gap can be considered to have been overcome.
  • the topographical data can include road network maps and/or topographical information on road networks.
  • the road network maps can include three-dimensional road network maps.
  • the topographical information can describe the road networks based on geographic longitude, latitude and altitude.
  • the topography data may also include link properties for each link of the road network.
  • the route properties for each route can include a route type (e.g. urban road, country road, freeway, unpaved road), route infrastructure (e.g. road signs, traffic lights), speed limits and whether the route is eligible for vehicle categories (e.g. heavy goods vehicles, road trains, buses) is not passable.
  • detecting whether an electrical charging process of the traction battery is imminent using an external charging source detecting a current location of the motor vehicle and checking whether the detected location is one for one electrical charging corresponds to a suitable location category, for example a charging station.
  • the detection of whether an electrical charging process of the traction battery by means of an external charging source is imminent can also include a detection that the motor vehicle is electrically connected to the external charging source.
  • Detecting whether an electrical charging process of the traction battery is imminent using an external charging source can be based on a user query, e.g. B. as part of the loading dialog, are checked and / or can also only be done when the motor vehicle is at a standstill.
  • the method can be automated, preferably completely, and the maximum battery charge state can be defined before the electrical charging process is carried out.
  • the method can also include electrically charging the traction battery only until the specified maximum battery charge state of the traction battery is reached.
  • the method can also include driving the external charging source, e.g. B. a charging station, for starting the electrical charging process when the maximum battery charge level is set, and / or for ending the electrical charging process when the maximum battery charge level is reached.
  • the external charging source e.g. B. a charging station
  • a lower limit value for example 15%
  • an upper limit value for example 85%
  • Falling below the lower limit value and/or exceeding the upper limit value can only be permissible in predetermined exceptional situations.
  • the lower and upper limits can protect the traction battery, e.g. B. reduce aging of the traction battery by a complete charge or discharge of the traction battery is excluded.
  • An exceptional situation in which it is permissible to exceed the upper limit value can occur if it is determined on the basis of topographical data that a route section on which more electrical energy is consumed than is recuperated is reached within a predetermined time and/or distance, with the falls below the upper limit again.
  • recuperative continuous braking is ensured for the entire downhill journey and a forced break due to a short remaining distance is avoided, with the charging state of the traction battery remaining above the upper limit for only a short period of time.
  • the excess energy can be dissipated to the environment as thermal energy via a braking resistor.
  • This use of the braking resistor can be indicated to a user on a display in the form of a warning and/or a request to stop. It can only be displayed when the braking resistor reaches a thermally critical state.
  • a particular advantage of the method according to the invention for providing a storage capacity reserve is that the braking resistor can be dimensioned smaller than a conventional braking resistor that is designed for continuous operation in which the method according to the invention is not used. The reason is that the braking resistor is required less due to the method according to the invention.
  • a braking resistor that is as small as possible can be used for emergencies, which is not required in normal operation.
  • the braking resistor significantly expands the motor vehicle's "downhill reserves" for the energy generated during braking and thus the continuous braking function of the electrical machine.
  • a brake resistor that is dimensioned and cooled for continuous operation without the method according to the invention for providing a storage capacity reserve, an added value in terms of safety and applicability of the vehicle can be achieved with only slightly reduced efficiency.
  • recuperated energy In order to maintain the upper limit value for the state of charge of the traction battery when there is excess recuperated energy, secondary consumers, for example heating and/or air conditioning, can also be started up for a limited time. In order to maintain the upper limit value when there is excess recuperated energy, an inverter of the motor vehicle can also be activated in such a way that a higher power loss is specifically generated in the inverter and/or in an electric machine of the motor vehicle. Any additional heat generated by the inverter and/or the electric machine can be dissipated to the environment via a cooling system.
  • the consumption of electrical energy i.e. the removal of electrical energy from the traction battery
  • the upper limit can be maintained and recuperative continuous braking can be guaranteed for the entire descent.
  • a device for providing a storage capacity reserve in a traction battery for an electrically driven motor vehicle preferably a commercial vehicle
  • the vehicle is preferably a purely electrically driven motor vehicle.
  • the device includes a control device that is designed to carry out the method as disclosed herein.
  • the device can also include an electrical machine that can be operated as a motor and/or a traction battery for providing electrical energy for the electrical machine and for absorbing energy recuperated by the electrical machine.
  • the electrical machine can also be operated as a generator, preferably when the motor vehicle is braking, to generate recuperated energy.
  • the device can also include a navigation system for providing topographical data and preferably for determining one or more one or more possible downhill stretches for an upcoming downhill drive after the motor vehicle has been charged.
  • the device can also include a display and input device for providing a loading dialog for a user of the motor vehicle.
  • the device can also include a braking resistor that can be used in an exceptional situation, preferably when an upper limit value of the battery state of charge has been reached or a thermally critical state.
  • an electrically powered motor vehicle preferably a utility vehicle, comprising a device as disclosed herein.
  • the motor vehicle is preferably driven or can be driven exclusively electrically (i.e. the motor vehicle has no internal combustion engine).
  • FIG. 1 shows a schematic view of a device according to one embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to one embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a motor vehicle according to an embodiment before a charging process.
  • FIG. 1 shows schematically the device 10 for providing a storage capacity reserve in a traction battery 20 for an electrically driven motor vehicle for an upcoming downhill drive.
  • the device 10 includes a control device 12, which is designed to carry out the method 100, which is described in more detail below with the aid of FIGS.
  • Device 10 can also include a navigation system 14, display and input devices 16 and/or sensors 18.
  • the navigation system 14 is used to provide topographical data, and the display and input device 16 is used to provide a loading dialog for a user of the motor vehicle 50. With the sensors 18, for example, weather and temperature data to be determined.
  • the navigation system 14, the display and input device 16 and the sensors 18 can be connected to the control device 12 in terms of communication via the communication lines 30-1, 30-2 and 30-4.
  • the device 10 can also include an electric machine 22 that can be operated as a motor, an inverter 24 , a traction battery 20 and/or a braking resistor 26 .
  • the electrical machine 22, the inverter 24 and the traction battery 20, which is designed to provide electrical energy for the electrical machine 22 and to absorb energy recuperated by the electrical machine 22, can be components of a drive train for an electrically powered motor vehicle.
  • the braking resistor 26 can be designed in such a way that it can be used in an exceptional situation, preferably when an upper limit value of the battery charge state has been reached or a thermally critical state.
  • the control device 12 can be designed to control the electric machine 22, the inverter 24, the traction battery 20 and/or the braking resistor 26. This can be done, for example, via power electronics 28, with control device 12 being connected to power electronics 28 via a communication line 30-3 and power electronics 28 in turn being connected via electrical lines 32-1, 32-2, 32-3 and 32-4 the electric machine 22, the inverter 24, the traction battery 20 and the braking resistor 26 is electrically connected.
  • FIG. 2 shows schematically the method 100 for providing a storage capacity reserve in a traction battery 20 for an electrically driven motor vehicle 50, preferably a commercial vehicle, for an upcoming downhill drive.
  • FIG. 3 also shows a motor vehicle 50 before an electrical charging process.
  • the motor vehicle 50 z. B. a loaded truck, drives to a mountain village and reaches the destination with a low charge level of the traction battery 20. If the traction battery 20 were now fully charged at an external charging source 60, the permanent brake, provided by a recuperative braking operation of the electric machine 22, could on the return to the valley cannot be used.
  • step S1 of the method 100 it is first recognized whether the electric charging process of the traction battery 20 by means of an external charging source 60 is imminent.
  • the imminence of the electrical charging process can be recognized in various ways.
  • z. B. by means of the navigation system 14, a current location of the motor vehicle 50 is detected and checked whether the detected location corresponds to a location category suitable for an electrical charging process.
  • a suitable location category can be, for example, a charging station or a loading and unloading terminal.
  • the motor vehicle 50 is electrically connected to the external charging source 60, for example that a charging cable is connected to the motor vehicle 50 via a corresponding charging interface.
  • the identification of whether the electric charging process of the traction battery 20 by means of an external charging source 60 is imminent can be checked based on a user query. So e.g. B. the driver can be asked by means of the display and input device 16 whether an electrical charging process is imminent, which in turn can be confirmed or rejected by the driver with an input.
  • the detection of whether the electric charging process of the traction battery 20 by means of an external charging source 60 is imminent only takes place when the motor vehicle 50 is at a standstill.
  • step S2 of method 100 one or more possible downhill stretches for an upcoming downhill drive after the electrical charging process are determined.
  • the gradients G1, G2, d. H. all possible routes back into the valley or into lower-lying levels can be determined using topographical data from the navigation system 14 .
  • the gradients G1 and G2 shown in FIG. 3 can be determined, which lead from the mountain village to levels or valleys at different depths.
  • One or more conditions can be specified, which must be met to determine the downhill stretches G1, G2.
  • One condition can be that the downhill gradient G1 , G2 can be driven on by the motor vehicle 50 . Furthermore, it may be required that the length of the downhill section G1, G2 is above a predetermined minimum length.
  • conditions can be defined for the start and end of the downhill stretch G1 or G2.
  • the start of the route can be within a distance of a charging position at which the electrical charging process is carried out, e.g. B. at one Position near the external charging source 60, and have a gradient above a predetermined limit.
  • the end of track may have a lower elevation than the loading position and a grade below the predetermined limit.
  • step S3 of the method 100 one or more amounts of recuperated energy that are recuperated by the motor vehicle 50 along one of the determined gradients G1, G2 are predicted.
  • the amounts of recuperated energy can be predicted using a stored motor vehicle model that takes into account at least one of the following parameters for the forthcoming downhill drive: a downhill gradient, a speed of the motor vehicle 50, a load on the motor vehicle 50, weather and temperature data and energy consumption by motor vehicle consumers. It has already been explained above that the downhill stretch leads to an excess of recuperated energy in total or effectively, with electrical energy consumption on sections of the "downhill stretch", which z. B. going uphill, is taken into account accordingly in the predicted amount of recuperated energy.
  • One or more parameters that are taken into account by the motor vehicle model can be specified manually via the loading dialog provided by the display and input device 16 and/or can be determined by means of the sensors 18, e.g. B. the loading of the motor vehicle 50 and / or the weather and temperature data.
  • a maximum battery state of charge of the traction battery 20 for the charging process using the external charging source 60 is defined as a function of the predicted amounts of recuperated energy.
  • the maximum battery state of charge is automatically determined such that the highest amount is selected from among the predicted amounts of recuperated energy and the maximum battery state of charge is set as a function of the highest amount. For example, it can be determined on the basis of the quantities of recuperated energy predicted in step S3 that motor vehicle 50 along downhill gradient G1 causes a higher amount of regenerated energy can be regenerated than along the downhill section G2, and therefore the maximum battery state of charge can be set depending on the predicted amount along the downhill section G1.
  • the maximum battery state of charge can result from a storage capacity or from a target value for the maximum battery state of charge of the traction battery 20 minus the selected maximum amount.
  • the target value is an upper limit value, for example 85%, for the state of charge of the traction battery 20, which is set to optimize the service life of the traction battery 20 and is usually not exceeded.
  • a lower limit value for example 15%, is also generally specified, which should generally not be fallen below.
  • the automatically determined maximum battery state of charge can also be corrected manually in various ways.
  • the user can select one of the designated descents and/or one of the predicted amounts of regenerated energy via the charging dialog, such that the maximum battery state of charge is set depending on the selected descent and/or the selected amount of regenerated energy.
  • the possible downhill sections G1 and G2 can be displayed to the driver by means of the display and input device 16, from which the driver can select the desired downhill section for downhill travel by input.
  • the defined maximum battery state of charge can also be changed and/or changed manually by the user via the charging dialog.
  • the user e.g. B. the driver of the motor vehicle 50, discard the specified maximum battery charge level and enter a higher value if he wants to drive further uphill, z. B. wants to reach an even higher goal.
  • a route for the forthcoming downhill drive can be specified manually by the user using the navigation system 14 and the maximum battery state of charge can be defined as a function of the manually specified route.
  • the user can specify a route for the return journey down into the valley in advance and thus allow a higher state of charge, so that the automatically determined maximum battery state of charge is not relevant.
  • the traction battery 20 can be electrically charged up to the specified maximum battery state of charge.
  • a situation can arise in which the storage capacity of the traction battery 20 or the predetermined desired value is reached before the end of the selected downhill section is reached. This can e.g. This may be the case, for example, if the user has specified incorrect parameters, which are taken into account by the motor vehicle model, via the loading dialog provided by the display and input device 16 .
  • Exceeding the upper limit is permissible in predetermined exceptional situations. Such an exceptional situation can exist if it is determined on the basis of topographical data that a route section on which more electrical energy is consumed than is recuperated is reached within a predetermined time and/or route, with the upper limit value again being fallen below.
  • countermeasures can be taken to prevent the amount of stored recuperated energy from rising above the target value.
  • the excess energy can be dissipated to the environment as thermal energy via a braking resistor 26, and this use of braking resistor 26 can be shown to a user on a display in the form of a warning and/or a request to stop.
  • secondary consumers for example heating and/or air conditioning, can also be started up for a limited time in order to consume electrical energy.
  • the inverter 24 can be controlled in such a way that a higher power loss is generated in a targeted manner in the inverter 24 and/or in the electrical machine 22 . This additional heat generated by the inverter 24 and/or the electric machine 22 can be dissipated to the environment via a cooling system.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the idea of the invention and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
  • the individual features of independent claim 1 are each independent of one another disclosed.
  • the features of the subclaims are also disclosed independently of all the features of independent claim 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Bereitstellung einer Speicherkapazi- tätsreserve in einer Traktionsbatterie (20) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt. Das Verfahren (100) umfasst ein Erkennen (S1), ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie (20) mittels einer externen Ladequelle (60) bevorsteht, und ein Bestimmen (S2) einer oder mehrerer möglicher Gefällestrecken (G1, G2) für eine bevorstehende Gefällefahrt nach dem elektrischen Ladevorgang. Das Verfahren (100) umfasst ferner ein Vorhersagen (S3) einer oder mehrerer Mengen an rekuperierter Energie, die durch das Kraftfahrzeug (50) entlang jeweils einer der bestimmten Gefällestrecken (G1, G2) rekuperiert werden, und ein Festlegen (S4) eines maximalen Batterieladezustands der Traktionsbatterie (20) für den Ladevorgang mittels der externen Ladequelle (60) in Abhängigkeit von den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (10) zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie (20) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt, sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, das die Vorrichtung (10) aufweist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie für eine bevorstehende Gefällefahrt
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt, sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, das die Vorrichtung aufweist.
Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, können längere Gefällestrecken nicht alleine mit herkömmlichen Reibungsbremsen bewältigen, da die eingetragene Wärmeleistung der Reibungsbremsen diese nach kurzer Zeit überhitzen lassen und zu einem hohen Verschleiß der Reibungsbremsen führen.
Bei verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen verwenden daher heutige Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge die bekannte Motorbremsfunktion, schwere Nutzfahrzeuge sind zusätzlich mit separaten Dauerbremssystemen zum verschleißfreien Dauerbremsen, beispielsweise einem Primär- und/oder Sekundär-Retarder, ausgestattet. Ein Primär-Re- tarder ist üblicherweise motorseitig im Kraftfluss vor dem Getriebe angeordnet, und ein Sekundär-Retarder ist im Kraftfluss hinter dem Getriebe angeordnet.
Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge können im Bremsfall die Energiewandlung umkehren, d. h., der Elektromotor wirkt als Generator und wandelt die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs durch rekuperatives Bremsen in elektrische Energie um, wobei die Antriebsachse einem rekuperativen Bremsmoment unterliegt. Bei diesem als Rekuperation bezeichneten Vorgang wird die elektrische Energie in die Traktionsbatterien zurückgespeichert, was voraussetzt, dass entsprechend freie Speicherkapazität vorhanden ist.
Im Falle voller Traktionsbatterien muss die entstehende Energie anderweitig abgeführt werden, z. B. in einem Bremswiderstand in Wärme umgewandelt werden, und geht dabei für zukünftige Traktionszwecke verloren. Dieses Problem tritt insbesondere beim rekuperativen Dauerbremsen auf, wie es bei längeren Gefällestrecken notwendig sein kann, da hier viel re- kuperierte Bremsenergie erzeugt wird. Insbesondere Nutzfahrzeug erzeugen aufgrund ihres Gewichts bei längeren Gefällefahrten beim rekuperativen Dauerbremsen viel rekuperierte Bremsenergie, die als Wärmeenergie verlorenen geht, wenn sie aufgrund fehlender Speicherkapazität der Traktionsbatterie nicht gespeichert werden kann. Aus energetischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht ist dieser Zustand unbefriedigend.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik bereitzustellen, die ein verschleißfreies rekuperatives Dauerbremsen ermöglicht und die Nachteile herkömmlicher Ansätze vermeidet. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, das Energierückgewinnungspotential durch rekuperatives Dauerbremsen mit möglichst hoher Effizienz und damit aus energetischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht verbessert auszunutzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Gemäß einem ersten allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erkennen, ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie mittels einer externen Ladequelle bevorsteht, und ein Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Gefällestrecken für eine nach dem elektrischen Ladevorgang bevorstehende Gefällefahrt. Anders ausgedrückt wird eine Vorhersage oder Abschätzung getroffen, ob und welche Gefällestrecke^) für eine Weiterfahrt nach dem externen Ladevorgang in Betracht kommt bzw. kommen. Das Verfahren umfasst ferner ein Vorhersagen oder Abschätzen einer oder mehrerer Mengen an rekuperierter Energie, die durch das Kraftfahrzeug entlang jeweils einer der bestimmten Gefällestrecken rekuperiert werden, und ein Festlegen, z. B. ein Absenken, eines maximalen Batterieladezustands der Traktionsbatterie für den Ladevorgang mittels der externen Ladequelle in Abhängigkeit von der vorhergesagten Menge oder den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie.
Mit anderen Worten besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin, bei einem externen Ladevorgang, z. B. an einer Ladesäule, die Traktionsbatterie nicht vollständig zu laden, wenn absehbar ist, dass nach dem Ladevorgang eine Gefällefahrt ansteht, bei der mehr elektrische Energie rekuperiert werden kann als verbraucht wird. In diesem Fall wird in Antizipation der nach dem Ladevorgang bei der Gefällefahrt rekuperierbaren Energie der maximale Batterieladezustand für den Ladevorgang, d. h. der Ladezustand, bis zu dem beim nächsten externen Ladevorgang die Traktionsbatterie maximal aufgeladen wird, gezielt abgesenkt, um eine Speicherkapazitätsreserve in der Traktionsbatterie vorzuhalten, um möglichst viel dieser zukünftig rekuperierten Energie in der Traktionsenergie speichern zu können und möglichst wenig in Form von Wärme an die Umwelt abgeben zu müssen. Wie weit der maximale Batterieladezustand für den Ladevorgang abgesenkt wird, wird in Abhängigkeit von einer Vorhersage oder Abschätzung der bei der Gefällefahrt rekuperierbaren Menge an Energie ermittelt.
Vorteilhaft kann ein Energierückgewinnungspotential durch rekuperatives Dauerbremsen bei einer bevorstehenden Gefällefahrt mit möglichst hoher Effizienz ausgenutzt werden. Die Menge an rekuperierter Energie kann optimiert werden, um ein rekuperatives Dauerbremsen bei der bevorstehenden Gefällefahrt zu gewährleisten, ohne die Traktionsbatterie zu überladen, und vorzugsweise den Einsatz von Bremswiderständen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Der maximale zulässige Ladezustand kann derart festgelegt werden, dass er eine genügende Speicherkapazitätsreserve der Traktionsbatterie für ein erforderliches Dauerbremsen bei der bevorstehenden Gefällefahrt und die dabei rekuperierte Energie übriglässt.
Eine Gefällestrecke zeichnet sich dadurch aus, dass ein Streckenanfang der Gefällestrecke eine höhere Geländehöhe aufweist als ein Streckenende der Gefällestrecke. Bei einer Fahrt entlang der Gefällestrecke wird durch das Kraftfahrzeug, stetig oder zumindest abschnittsweise, rekuperierte Energie aufgenommen. Bei der Fahrt entlang der Gefällestrecke wird durch das Kraftfahrzeug insgesamt mehr elektrische Energie rekuperiert als verbraucht, d. h. mehr elektrische Energie aus der Traktionsbatterie gespeichert als entnommen.
Dies schließt nicht aus, dass die Gefällestrecke Abschnitte aufweist, entlang denen das Kraftfahrzeug mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert. Die Gefällestrecke kann ebene oder ansteigende Abschnitte aufweisen, entlang denen das Kraftfahrzeug mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert. Die Gefällestrecke kann Abschnitte aufweisen, entlang denen das Kraftfahrzeug mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert, solange über die gesamte Gefällestrecke mehr elektrische Energie rekuperiert als verbraucht wird.
Die rekuperierte Energie entspricht einer potentiellen Energie des Kraftfahrzeugs, die bei einem Verzögern des Kraftfahrzeugs (d. h. bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs) in elektrische Energie umgewandelt und in der Traktionsbatterie gespeichert wird, sofern dort entsprechende Speicherkapazität vorliegt. Die rekuperierte Energie wird durch eine elektrische Maschine erzeugt. Die elektrische Maschine kann als elektrischer Motor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und bei dem Bremsvorgang, z. B. wenn der Fahrer das Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt, als Generator und damit gleichzeitig als Bremse wirken. Die rekuperierte Energie kann einer Energiebilanz der durch die Traktionsbatterie aufgenommenen und abgegebenen elektrischen Energie entsprechen. Die Energiebilanz weist entlang der gesamten Gefällestrecke eine positive Energiebilanz auf (d. h., es wird mehr elektrische Energie aufgenommen als abgegeben). Ferner kann die Energiebilanz die notwendige elektrische Energie für die Fahrt des Kraftfahrzeugs von der Ladeposition bis zum Streckenanfang der Gefällestrecke berücksichtigen.
Ein Batterieladezustand ist ein Parameter, der ein Maß für den Ladezustand der Traktionsbatterie angibt bzw. aus dem der Ladezustand ableitbar ist. Beispielsweise kann der Batterieladezustand den Ladezustand relativ zur Ladekapazität der Traktionsbatterie angeben, wobei eine vollständig geladene Traktionsbatterie einen Batterieladezustand von 100 % aufweist. Der Batterieladezustand wird auch als „State of Charge“ bzw. SoC bezeichnet.
Der maximale Batterieladezustand der Traktionsbatterie für den nächsten Ladevorgang mittels der externen Ladequelle gibt eine Grenze an, bis zu der die Traktionsbatterie beim Ladevorgang mittels der externen Ladequelle zulässig geladen werden kann. Bei Erreichen des maximalen Batterieladezustands wird der externe Ladevorgang automatisch vom Kraftfahrzeug beendet. Die erfindungsgemäße Anpassung des Batterieladezustands gilt vorzugsweise nur für den nächsten Ladevorgang mittels der externen Ladequelle. Im Betrieb kann und soll dieser maximale Batterieladezustand durch Speicherung von rekuperativ gewonnener Energie überschritten werden.
Üblicherweise wird der maximale Batterieladezustand zur Verbesserung der Lebensdauer der Traktionsbatterie auf einen Wert unter 100 % der maximalen Speicherkapazität festgelegt, z. B. auf 85 %. Der Ladevorgang wird beendet, wenn der maximale Batterieladezustand erreicht ist. Im Rahmen der Erfindung wird dieser maximale Ladezustand für ein externes Laden der Traktionsbatterie gezielt abgesenkt, falls z. B. eine Weiterfahrt bergab vorhergesagt wird und damit verbunden eine Energierückgewinnung durch rekuperatives Bremsen. Der maximale Batterieladezustand kann verwendet werden, um Ladevorgänge an einem höhergelegenen Standort automatisch bei einem Batterieladezustand gleich dem maximalen Batterieladezustand zuverlässig zu beenden, um damit eine ausreichende Speicherkapazität zur Aufnahme rekuperierter Energie bei Weiterfahrt bergab bereitzustellen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann unter den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie die höchste Menge ausgewählt und der maximale Batterielade- zustand in Abhängigkeit von der höchsten Menge festgelegt werden. Der maximale Batterieladezustand kann sich aus einer Speicherkapazität oder aus einem Sollwert für den maximalen Batterieladezustand der Traktionsbatterie abzüglich der ausgewählten höchsten Menge ergeben.
Vorteilhaft kann ein rekuperatives Dauerbremsen bei der bevorstehenden Gefällefahrt entlang jeder der bestimmten Gefällestrecken gewährleistet werden, ohne die Traktionsbatterie zu überladen und den Einsatz von Bremswiderständen zu vermeiden. So kann der festgelegte maximale Batterieladezustand der geringste unter den möglichen maximalen Batterieladezuständen der möglichen Gefällestrecken sein. Es wird damit der maximale Batterieladezustand ausgewählt, der die größte Speicherkapazitätsreserve der T raktionsbatterie bereitstellt, um ein Überladen der Traktionsbatterie zu vermeiden, unabhängig davon, welche der möglichen Gefällestrecken der Fahrer letztendlich für die Weiterfahrt wählt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Festlegen eines maximalen Batterieladezustands ein manuelles Auswählen einer der bestimmten Gefällestrecken und/oder einer der vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie durch einen Benutzer über einen Ladedialog umfassen und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der ausgewählten Gefällestrecke und/oder der ausgewählten Menge an rekuperierter Energie festgelegt werden.
Alternativ oder ergänzend kann der festgelegte maximale Batterieladezustand für den nächsten externen Ladevorgang manuell durch den Benutzer über einen Ladedialog veränderbar sein und/oder verändert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Benutzer im Rahmen eines Ladedialogs die vorgeschlagene Absenkung des maximalen Batterieladezustands bestätigen muss, z. B. indem der Benutzer mittels eines Dreh-Drückstellers als Bedienelement eine Absenkung des maximalen Batterieladezustands für den nächsten externen Ladevorgang bestätigt. Alternativ oder ergänzend kann eine Bestätigung der vorgeschlagenen Absenkung des maximalen Batterieladezustands per Spracheingabe und/oder auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm per Touch-Eingabe erfolgen. So kann verhindert werden, dass der Benutzer nicht von einem überraschend niedrig aufgeladenen Traktionsenergiespeicher bei der Weiterfahrt „überrascht“ wird. Unter dem Begriff „Ladedialog“ wird eine Benutzerinteraktion, z. B. über das Fahrzeug-Infotainmentsystem, verstanden, die optional gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Verfahren zur Bereitstellung einer Speicherkapazitäts- reseverve in der Traktionsbatterie fahrzeugseitig durchgeführt wird.
Es ist auch vorstellbar, dass die Benutzerinteraktion mittels eines tragbaren Geräts, z. B. eines mobilen Endgeräts, erfolgt. Die vorgeschlagene Absenkung des maximalen Batterieladezustands kann beispielsweise mittels einer Applikation auf einem Bildschirm des tragbaren Geräts angezeigt werden. Die Bestätigung des Benutzers kann mittels der Applikation und einer Eingabeeinheit des tragbaren Geräts, z. B. eines Touchscreens, erfasst werden.
Ferner alternativ oder ergänzend kann die Strecke zur bevorstehenden Gefällefahrt durch den Benutzer manuell, beispielsweise mittels eines Navigationssystems, angegeben werden und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der manuell angegebenen Strecke festgelegt werden.
Durch das manuelle Auswählen kann der in Abhängigkeit von der höchsten Menge festgelegte maximale Batterieladezustand verändert werden und damit die Genauigkeit der Anpassung des maximalen Batterieladezustands verbessert werden.
Vorteilhaft kann der Benutzer, z. B. der Fahrer, selbst die nach dem Ladevorgang anstehende Fahrtstrecke, somit ggf. die Gefällestrecke für die Gefällefahrt nach dem elektrischen Ladevorgang festlegen bzw. den maximale Batterieladezustand manuell verändern, wodurch ein rekuperatives Dauerbremsen entlang der gesamten festgelegten Gefällestrecke gewährleistet werden kann und die Traktionsbatterie am Ende der Gefällefahrt bis zu ihrer Speicherkapazität bzw. dem Sollwert geladen ist. Dem Benutzer wird somit die Möglichkeit gegeben, den systemseitig automatisch generierten Vorschlag des maximalen Batterieladezustands oder der in Betracht kommenden Strecke für die Weiterfahrt manuell zu verändern, indem entweder die aus Benutzersicht „richtige“ Gefällestrecke bzw. Strecke für die Weiterfahrt eingegeben wird oder direkt der aus Benutzersicht präferierte oder korrigierte Wert für den maximale Batterieladezustand, bei dem der bevorstehende externe Ladevorgang abgebrochen wird, vorgegeben wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante können die Mengen an rekuperierter Energie mithilfe eines hinterlegten Kraftfahrzeugmodells vorhergesagt werden. Kraftfahrzeugmodelle für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, die eine Energiebilanz (Menge an rekuperierte Energie vs. Menge an verbrauchter Energie) auch unter Berücksichtigung von topographischen Höhendaten entlang einer vorausliegenden Fahrtroute abschätzen, sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. um die Reichweite des rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorherzusagen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante können die Mengen an rekuperierter Energie mithilfe eines hinterlegten Kraftfahrzeugmodells vorhergesagt werden, das zumindest einen, vorzugsweise mehrere der folgenden Parameter für die bevorstehende Gefällefahrt berücksichtigt: eine Gefälleneigung, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Beladung des Kraftfahrzeugs, Wetter- und Temperaturdaten und einen Energieverbrauch von Kraftfahrzeugverbrauchern, beispielsweise einer Kühlung, einer Klimatisierung, einer Heizung oder von Aufbauten, beispielsweise einem Kühlkoffer.
Der Energieverbrauch von Kraftfahrzeugverbrauchern kann einen aktuellen Energieverbrauch und/oder einen erwarteten Energieverbrauch während der Gefällefahrt umfassen. Der aktuelle Energieverbrauch kann durch die aktuelle elektrische Energie, die aus der Traktionsbatterie entnommen wird, bestimmt werden. Der erwartete Energieverbrauch kann unter Berücksichtigung der Wetter- und Temperaturdaten und/oder der Jahreszeit bestimmt werden.
Das hinterlegte Kraftfahrzeugmodell kann aus Fahrzyklen und/oder realen Fahrzeugmessungen bestimmt oder verfeinert sein, anhand derer experimentell die Menge an rekuperierter Energie für unterschiedliche Werte der im Kraftfahrzeugmodell berücksichtigten Parameter für unterschiedliche Gefällestrecken ermittelt wird und die beispielsweise eine Dauer und Intensität der Dauerbremse je nach Gefälleneigung berücksichtigen.
Das Vorhersagen der Mengen an rekuperierter Energie mithilfe des hinterlegten Kraftfahrzeugmodells kann ein Erfassen der Parameter umfassen. Die Beladung des Kraftfahrzeugs und/oder die Wetter- und Temperaturdaten können manuell über einen Ladedialog angeben werden. Die Wetter- und Temperaturdaten können mittels einer Sensorik bestimmt werden. Die Wetter- und Temperaturdaten können über eine Funkverbindung von einer externen Wetterstation und/oder einem externen Wetterinformationssystem erfasst werden. Die Gefälleneigung der Gefällestrecke kann anhand von Topographiedaten bestimmt werden. Die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann anhand von Geschwindigkeitsbeschränkungen, die entlang der Gefällestrecke gelten, und/oder aktuellen Verkehrsdaten der Gefällestrecke bestimmt werden. Die aktuellen Verkehrsdaten können über eine Funkverbindung von einem externen Verkehrsinformationssystem erfasst werden.
Vorteilhaft kann berücksichtigt werden, in welchem Maße die Menge an rekuperierter Energie durch verschiedene Einflüsse beeinflusst wird. Beispielsweise kann die Beladung und damit das Gewicht des Kraftfahrzeugs Einfluss auf die Menge an rekuperierter Energie haben, insbesondere bei Nutzfahrzeugen. So ist mit höherem Gewicht auch eine höhere Intensität der Dauerbremse notwendig, d. h., mit höherem Gewicht steigt auch die Menge an rekuperierter Energie. Ferner vorteilhaft kann berücksichtigt werden, wie viel elektrische Energie, insbesondere zum Betrieb von Nebenverbrauchern, bei der Gefällefahrt aus der Traktionsbatterie entnommen wird. Die Wetter- und Temperaturdaten können z. B. einen Anhalt über eine zu erwartende Kühl- oder Heizleistung geben.
Das hinterlegte Kraftfahrzeugmodell kann ein oder mehrere mehrdimensionale Kennfelder umfassen. Die Kennfelder können die Parameter und den Zusammenhang zwischen den Parametern berücksichtigen. Das hinterlegte Kraftfahrzeugmodell kann ferner ein oder mehrere Funktionen in Abhängigkeit von den Parametern umfassen. Das hinterlegte Kraftfahrzeugmodell kann durch entsprechende Algorithmen ausgewertet und so die Menge an rekuperierter Energie bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann der maximale Batterieladezustand ferner in Abhängigkeit von einer Speicherkapazität der Traktionsbatterie, einem aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie und/oder einer aktuellen Fahrzeugmasse, einschließlich einer Zuladung, festgelegt werden. Das Festlegen des maximalen Batterieladezustands kann ein Erfassen der Speicherkapazität der Traktionsbatterie, den aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie und/oder der aktuellen Fahrzeugmasse, einschließlich der Zuladung, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jede Gefällestrecke der einen oder mehreren Gefällestrecken anhand von Topographiedaten bestimmt werden, wobei zumindest eine der folgenden Bedingungen vorliegen muss: a) Die Gefällestrecke ist für das Kraftfahrzeug befahrbar; b) die Länge der Gefällestrecke liegt oberhalb einer vorbestimmten Mindestlänge; c) ein Streckenanfang der Gefällestrecke liegt innerhalb einer Distanz zu einer Ladeposition, an welcher der elektrische Ladevorgang durchgeführt wird, und weist eine Gefälleneigung oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts, der vorzugsweise aus Fahrzyklen und/oder realen Fahrzeugmessungen bestimmt ist, auf; d) ein Streckenende der Gefällestrecke weist eine niedrigere Geländehöhe als die Ladeposition und eine Gefälleneigung unterhalb des vorbestimmten Grenzwerts auf, vorzugsweise wobei eine an das Streckenende anschließende Fahrstrecke mit einer vorbestimmten Länge eine mittlere Gefälleneigung unterhalb des vorbestimmten Grenzwerts aufweist.
Ferner kann ein Geländehöhenunterschied der Ladeposition und des Streckenanfangs kleiner als ein vorgegebener Maximalunterschied sein und/oder die Gefällestrecke eine mittlere Gefälleneigung oberhalb des vorbestimmten Grenzwerts aufweisen. Die Gefälleneigung kann auch als Gradient bezeichnet werden.
Anhand der vorstehenden Kriterien wird die Auswahl der in Betracht kommenden Gefällestrecken verbessert. So kann z. B. anhand des vorbestimmten Grenzwerts bestimmt werden, wann die Gefällestrecke „zu Ende“ ist, wenn der Wert des Gefälles wieder klein ist und die Strecke, zumindest weitgehend, wieder eben verläuft.
Vorteilhaft können anhand von Topographiedaten in der Nähe der aktuellen Fahrzeugposition, inklusive der Geländehöhe der Fahrzeugposition, mögliche Gefällestrecken bestimmt werden, die von dem Kraftfahrzeug bergab zurückgelegt werden können, bis das Kraftfahrzeug eine tiefer gelegene Ebene erreicht, in der beim Fahren wieder mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert wird und das aktuelle Gefälle als überwunden angesehen werden kann.
Die Topographiedaten können Straßennetzkarten und/oder topographische Informationen zu Straßennetzen umfassen. Die Straßennetzkarten können dreidimensionale Straßennetzkarten umfassen. Die topographischen Informationen können die Straßennetze anhand der geographischen Längen, Breiten und Höhen beschreiben. Die Topographiedaten können ferner Streckeneigenschaften für jede Strecke der Straßennetze umfassen. Die Streckeneigenschaften für jede Strecke können eine Streckenart (z. B. Innerortsstraße, Landstraße, Autobahn, nicht asphaltierter Fahrweg), eine Streckeninfrastruktur (z. B. Straßenschilder, Ampeln), Geschwindigkeitsbeschränkungen und Informationen, ob die Strecke für Fahrzeugkategorien (z. B. schwere Lastkraftwagen, Lastzüge, Busse) nicht befahrbar ist, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann das Erkennen, ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie mittels einer externen Ladequelle bevorsteht, ein Erfassen eines aktuellen Standorts des Kraftfahrzeugs und ein Prüfen, ob der erfasste Standort einer für einen elektrischen Ladevorgang geeigneten Standortkategorie entspricht, beispielsweise eine Ladestation, umfassen.
Das Erkennen, ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie mittels einer externen Ladequelle bevorsteht, kann ferner ein Erkennen, dass das Kraftfahrzeug mit der externen Ladequelle elektrisch verbunden ist, umfassen.
Das Erkennen, ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie mittels einer externen Ladequelle bevorsteht, kann anhand einer Benutzerabfrage, z. B. im Rahmen des Ladedialogs, überprüft werden und/oder kann ferner erst erfolgen, wenn sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet.
Vorteilhaft kann das Verfahren, vorzugsweise vollständig, automatisiert erfolgen und der maximale Batterieladezustand festgelegt werden, bevor der elektrische Ladevorgang durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein elektrisches Laden der Traktionsbatterie, nur bis der festgelegte maximale Batterieladezustand der Traktionsbatterie erreicht ist, umfassen.
Das elektrische Laden kann erst erfolgen, wenn der maximale Batterieladezustand festgelegt ist. Das Verfahren kann ferner ein Ansteuern der externen Ladequelle, z. B. eine Ladestation, zum Beginnen des elektrischen Ladevorgangs, wenn der maximale Batterieladezustand festgelegt ist, und/oder zum Beenden des elektrischen Ladevorgangs, wenn der maximale Batterieladezustand erreicht ist, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante können zur Lebensdaueroptimierung der Traktionsbatterie ein unterer Grenzwert, beispielsweise 15 %, und ein oberer Grenzwert, beispielsweise 85 %, für den Ladezustand der Traktionsbatterie festgelegt sein. Eine Unterschreitung des unteren Grenzwerts und/oder eine Überschreitung des oberen Grenzwerts kann nur in vorbestimmten Ausnahmesituationen zulässig sein.
Vorteilhaft können der untere und der obere Grenzwert die Traktionsbatterie schützen, z. B. eine Alterung der Traktionsbatterie verringern, indem eine vollständige Ladung bzw. Entladung der Traktionsbatterie ausgeschlossen wird. Eine Ausnahmesituation, in der eine Überschreitung des oberen Grenzwerts zulässig ist, kann vorliegen, wenn anhand von Topographiedaten bestimmt wird, dass innerhalb einer vorbestimmten Zeit und/oder Wegstrecke ein Streckenabschnitt, auf dem mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert wird, erreicht wird, wobei der obere Grenzwert wieder unterschritten wird.
Vorteilhaft wird das rekuperative Dauerbremsen für die gesamte Gefällefahrt gewährleistet und eine erzwungene Pause wegen einer kurzen Restdistanz vermieden, wobei der Ladezustand der T raktionsbatterie lediglich für einen kurzen Zeitraum oberhalb der oberen Grenze verbleibt.
Zur Einhaltung des oberen Grenzwerts bei Vorliegen überschüssiger rekuperierter Energie kann die überschüssige Energie über einen Bremswiderstand als thermische Energie an die Umgebung abführbar sein. Dieser Einsatz des Bremswiderstands kann einem Benutzer in Form einer Warnung und/oder Aufforderung zum Anhalten auf einem Display angezeigt werden. Die Anzeige kann nur bei Erreichen eines thermisch kritischen Zustands des Bremswiderstands erfolgen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve ist, dass der Bremswiderstand kleiner dimensioniert sein kann als ein herkömmlicher Bremswiderstand, der für einen Dauerbetrieb ausgelegt ist, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren nicht zum Einsatz kommt. Der Grund ist, dass aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bremswiderstand weniger benötigt wird.
Vorteilhaft kann ein möglichst kleiner Bremswiderstand für Notfälle zum Einsatz kommen, der im normalen Betrieb nicht erforderlich ist. Durch den Bremswiderstand werden die „Bergab- Reserven“ des Kraftfahrzeugs für die beim Bremsen erzeugte Energie und damit die Dauerbremsfunktion der elektrischen Maschine deutlich erweitert. Gegenüber einem für einen Dauerbetrieb ohne das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve dimensionierten und gekühlten Bremswiderstand kann so bei nur leicht reduzierter Effizienz ein Mehrwert an Sicherheit und Anwendbarkeit des Fahrzeugs erreicht werden.
Zur Einhaltung des oberen Grenzwerts für den Ladezustand der Traktionsbatterie bei Vorliegen überschüssiger rekuperierter Energie kann ferner ein zeitlich begrenztes zusätzliches Hochfahren von Nebenverbrauchern, beispielsweise einer Heizung und/oder Klimatisierung, durchgeführt werden. Zur Einhaltung des oberen Grenzwerts bei Vorliegen überschüssiger rekuperierter Energie kann ferner ein Ansteuern eines Inverters des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, derart, dass im Inverter und/oder in einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs gezielt eine höhere Verlustleistung erzeugt wird. Eine zusätzlich erzeugte Wärme des Inverters und/oder der elektrischen Maschine kann über ein Kühlsystem an die Umgebung abgeführt werden.
Vorteilhaft kann somit als Gegenmaßnahmen zur überschüssigen rekuperierten Energie der Verbrauch an elektrischer Energie (d. h. die Entnahme an elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie) erhöht werden und/oder durch Manipulation des Inverters bzw. der elektrischen Maschine weniger rekuperierte Energie erzeugt werden. Durch diese Gegenmaßnahmen kann die obere Grenze eingehalten und das rekuperatives Dauerbremsen für die gesamte Gefällefahrt gewährleistet werden.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt bereitgestellt. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst eine Steuervorrichtung, die ausgebildet ist, das Verfahren wie hierin offenbart durchzuführen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen zuvor rein verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß bzw. als funktionale Merkmale der Vorrichtung offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung ferner eine motorisch betreibbare elektrische Maschine und/oder eine Traktionsbatterie zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine und zur Aufnahme von durch die elektrische Maschine rekuperierter Energie umfassen. Die elektrische Maschine kann ferner gene- ratorisch, vorzugsweise bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs, zur Erzeugung von rekuperierter Energie betreibbar sein.
Die Vorrichtung kann ferner ein Navigationssystem zur Bereitstellung von Topographiedaten und vorzugsweise zum Bestimmen einer oder mehrerer einer oder mehrerer möglicher Gefällestrecken für eine bevorstehende Gefällefahrt nach einem Ladevorgang des Kraftfahrzeugs umfassen. Die Vorrichtung kann ferner eine Anzeige- und Eingabeeinrichtung zur Bereitstellung eines Ladedialogs für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs umfassen.
Die Vorrichtung kann ferner einen Bremswiderstand, der in einer Ausnahmesituation einsetzbar ist, vorzugsweise wenn ein oberer Grenzwert des Batterieladezustands erreicht ist oder ein thermisch kritischer Zustand, umfassen.
Gemäß einem dritten allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung wie hierin offenbart bereitgestellt. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ausschließlich elektrisch angetrieben bzw. antreibbar (d. h., das Kraftfahrzeug weist keinen Verbrennungsmotor auf).
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform vor einem Ladevorgang.
Figur 1 zeigt schematisch die Vorrichtung 10 zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie 20 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug für eine bevorstehende Gefällefahrt.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Steuervorrichtung 12, die ausgebildet ist, das Verfahren 100, welches im weiteren Verlauf mit Hilfe der Figuren 2 und 3 näher beschrieben wird, durchzuführen.
Die Vorrichtung 10 kann ferner ein Navigationssystem 14, eine Anzeige- und Eingabeeinrichtungen 16 und/oder eine Sensorik 18 umfassen.
Das Navigationssystem 14 dient zur Bereitstellung von Topographiedaten, und die Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 dient zur Bereitstellung eines Ladedialogs für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs 50. Mit der Sensorik 18 können beispielsweise Wetter- und Temperaturdaten bestimmt werden. Das Navigationssystem 14, die Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 und die Sensorik 18 können kommunikationstechnisch über die Kommunikationsleitungen 30-1 , 30-2 und 30-4 mit der Steuervorrichtung 12 verbunden sein.
Die Vorrichtung 10 kann ferner eine motorisch betreibbare elektrische Maschine 22, einen Inverter 24, eine Traktionsbatterie 20 und/oder einen Bremswiderstand 26 umfassen. Die elektrische Maschine 22, der Inverter 24 und die Traktionsbatterie 20, welche zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine 22 und zur Aufnahme von der elektrischen Maschine 22 rekuperierter Energie ausgebildet ist, können Bestandteile eines Antriebsstrangs für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sein. Der Bremswiderstand 26 kann derart ausgebildet sein, dass er in einer Ausnahmesituation, vorzugsweise wenn ein oberer Grenzwert des Batterieladezustands erreicht ist oder ein thermisch kritischer Zustand, einsetzbar ist.
Die Steuervorrichtung 12 kann ausgebildet sein, die elektrische Maschine 22, den Inverter 24, die Traktionsbatterie 20 und/oder dem Bremswiderstand 26 anzusteuern. Dies kann beispielsweise über eine Leistungselektronik 28 erfolgen, wobei die Steuervorrichtung 12 kommunikationstechnisch über eine Kommunikationsleitung 30-3 mit der Leistungselektronik 28 verbunden ist und die Leistungselektronik 28 wiederum über elektrische Leitungen 32-1 , 32-2, 32-3 und 32-4 mit der elektrische Maschine 22, dem Inverter 24, der Traktionsbatterie 20 und dem Bremswiderstand 26 elektrisch verbunden ist.
Figur 2 stellt schematisch das Verfahren 100 zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie 20 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 50, vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt dar. Ferner zeigt Figur 3 schematisch ein Kraftfahrzeug 50 vor einem elektrischen Ladevorgang.
Das Kraftfahrzeug 50, z. B. ein beladener Lastkraftwagen, fährt zu einem Bergdorf und erreicht das Ziel mit einem niedrigen Ladezustand der Traktionsbatterie 20. Würde nun die Traktionsbatterie 20 an einer externen Ladequelle 60 vollgeladen, könnte die Dauerbremse, bereitgestellt durch einen rekuperativen Bremsbetrieb der elektrischen Maschine 22, auf der Rückfahrt ins Tal nicht eingesetzt werden.
In Schritt S1 des Verfahrens 100 wird zunächst erkannt, ob der elektrische Ladevorgang der Traktionsbatterie 20 mittels einer externen Ladequelle 60 bevorsteht. Das Bevorstehen des elektrischen Ladevorgangs kann auf verschiedene Arten erkannt werden. Zum einen kann, z. B. mittels des Navigationssystems 14, ein aktueller Standort des Kraftfahrzeugs 50 erfasst und geprüft werden, ob der erfasste Standort einer für einen elektrischen Ladevorgang geeigneten Standortkategorie entspricht. Eine geeignete Standortkategorie kann beispielsweise eine Ladestation oder ein Be- und Entladeterminal sein. Ferner kann erkannt werden, dass das Kraftfahrzeug 50 mit der externen Ladequelle 60 elektrisch verbunden ist, beispielsweise, dass ein Ladekabel über eine entsprechende Ladeschnittstelle mit dem Kraftfahrzeug 50 verbunden ist.
Alternativ oder ergänzend kann das Erkennen, ob der elektrische Ladevorgang der Traktionsbatterie 20 mittels einer externen Ladequelle 60 bevorsteht, anhand einer Benutzerabfrage überprüft werden. So kann z. B. der Fahrer mittels der Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 gefragt werden, ob ein elektrischer Ladevorgang bevorsteht, was wiederum durch den Fahrer durch eine Eingabe bestätigt oder abgelehnt werden kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Erkennen, ob der elektrische Ladevorgang der Traktionsbatterie 20 mittels einer externen Ladequelle 60 bevorsteht, erst erfolgt, wenn sich das Kraftfahrzeug 50 im Stillstand befindet.
In Schritt S2 des Verfahrens 100 werden eine oder mehrere mögliche Gefällestrecken für eine bevorstehende Gefällefahrt nach dem elektrischen Ladevorgang bestimmt.
Die Gefällestrecken G1 , G2, d. h. alle möglichen Wege zurück ins Tal bzw. in tiefer gelegene Ebenen, können anhand von Topographiedaten des Navigationssystems 14 bestimmt werden.
Beispielweise können die in Figur 3 dargestellten Gefällestrecken G1 und G2 bestimmt werden, die von dem Bergdorf in unterschiedlich tiefer gelegene Ebenen bzw. Täler führen.
Es können eine oder mehrere Bedingungen vorgegeben sein, die zur Bestimmung der Gefällestrecken G1 , G2 erfüllt sein müssen. Eine Bedingung kann sein, dass die Gefällestrecke G1 , G2 für das Kraftfahrzeug 50 befahrbar ist. Ferner kann gefordert sein, dass die Länge der Gefällestrecke G1 , G2 oberhalb einer vorbestimmten Mindestlänge liegt.
Des Weiteren können Bedingungen für einen Streckenanfang und ein Streckenende der Gefällestrecke G1 bzw. G2 definiert sein. Der Streckenanfang kann innerhalb einer Distanz zu einer Ladeposition, an welcher der elektrische Ladevorgang durchgeführt wird, z. B. an einer Position nahe der externen Ladequelle 60, liegen und eine Gefälleneigung oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts aufweisen. Das Streckenende kann eine niedrigere Geländehöhe als die Ladeposition und eine Gefälleneigung unterhalb des vorbestimmten Grenzwerts aufweisen.
Beispielsweise kann gefordert werden, dass alle Bedingungen erfüllt sein müssen, wobei von allen bergab führenden Strecken nur die Gefällestrecken G1 und G2 diese Bedingungen erfüllen und damit für das weitere Verfahren berücksichtigt werden.
In Schritt S3 des Verfahrens 100 werden eine oder mehrere Mengen an rekuperierter Energie, die durch das Kraftfahrzeug 50 entlang jeweils einer der bestimmten Gefällestrecken G1 , G2 rekuperiert werden, vorhergesagt.
Die Mengen an rekuperierter Energie können vorhergesagt werden mithilfe eines hinterlegten Kraftfahrzeugmodells, das zumindest einen der folgenden Parameter für die bevorstehende Gefällefahrt berücksichtigt: eine Gefälleneigung, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 50, eine Beladung des Kraftfahrzeugs 50, Wetter- und Temperaturdaten und einen Energieverbrauch von Kraftfahrzeugverbrauchern. Vorstehend wurde bereits dargelegt, dass die Gefällestrecke in Summe bzw. effektiv zu einem Überschuss an rekuperierter Energie führt, wobei ein elektrischer Energieverbrauch auf Teilabschnitten der „Gefällestrecke“, die z. B. bergauf gehen, entsprechend bei der vorhergesagten Menge an rekuperierter Energie berücksichtigt wird.
Ein oder mehrere Parameter, die durch das Kraftfahrzeugmodell berücksichtigt werden, können überden von der Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 bereitgestellten Ladedialog manuell angegeben werden und/oder mittels der Sensorik 18 bestimmt werden, z. B. die Beladung des Kraftfahrzeugs 50 und/oder die Wetter- und Temperaturdaten.
In Schritt S4 des Verfahrens 100 wird ein maximaler Batterieladezustand der Traktionsbatterie 20 für den Ladevorgang mittels der externen Ladequelle 60 in Abhängigkeit von den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie festgelegt.
Vorzugsweise wird der maximale Batterieladezustand automatisch bestimmt, derart, dass unter den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie die höchste Menge ausgewählt und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der höchsten Menge festgelegt wird. Beispielsweise kann anhand der in Schritt S3 vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie festgestellt werden, dass durch das Kraftfahrzeug 50 entlang der Gefällestrecke G1 eine höhere Menge an rekuperierter Energie rekuperiert werden kann als entlang der Gefällestrecke G2, und daher der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der vorhergesagten Menge entlang der Gefällestrecke G1 festgelegt werden.
Der maximale Batterieladezustand kann sich aus einer Speicherkapazität oder aus einem Sollwert für den maximalen Batterieladezustand der Traktionsbatterie 20 abzüglich der ausgewählten höchsten Menge ergeben.
Der Sollwert ist ein oberer Grenzwert, beispielsweise 85 %, für den Ladezustand der Traktionsbatterie 20, der zur Lebensdaueroptimierung der Traktionsbatterie 20 festgelegt und üblicherweise nicht überschritten wird. Neben dem oberen Grenzwert ist generell auch ein unterer Grenzwert, beispielsweise 15 %, festgelegt, der generell nicht unterschritten werden soll.
Der automatisch bestimmte maximale Batterieladezustand kann ferner auf verschiedene Weise manuell korrigiert werden.
Zum einen kann der Benutzer eines der bestimmten Gefällestrecken und/oder einer der vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie über den Ladedialog auswählen, sodass der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der ausgewählten Gefällestrecke und/oder der ausgewählten Menge an rekuperierter Energie festgelegt wird. Beispielsweise können dem Fahrer mittels der Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 die möglichen Gefällestrecken G1 und G2 angezeigt werden, aus denen der Fahrer per Eingabe die gewünschte Gefällestrecke für die Gefällefahrt auswählen kann.
Der festgelegte maximale Batterieladezustand kann auch manuell durch den Benutzer über den Ladedialog veränderbar sein und/oder verändert werden. Beispielsweise kann der Benutzer, z. B. der Fahrer des Kraftfahrzeugs 50, den festgelegten maximalen Batterieladezustand verwerfen und einen höheren Wert eingeben, wenn er weiter bergauf fahren will, z. B. ein noch höher gelegenes Ziel erreichen will.
Ferner kann eine Strecke zur bevorstehenden Gefällefahrt durch den Benutzer manuell mittels des Navigationssystems 14 angegeben werden und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der manuell angegebenen Strecke festgelegt werden. Der Benutzer kann so im Vorfeld eine Strecke für die Rückfahrt ins Tal festlegen und damit einen höheren Ladezustand erlauben, sodass der automatisch ermittelte maximale Batterieladezustand nicht relevant ist. Nachdem der maximale Batterieladezustand der Traktionsbatterie 20 festgelegt worden ist, kann die Traktionsbatterie 20 bis zum festgelegten maximalen Batterieladezustand elektrisch geladen werden.
Während der anschließenden Gefällefahrt kann es zu einer Situation kommen, bei der die Speicherkapazität der Traktionsbatterie 20 bzw. der vorbestimmte Sollwert erreicht wird, bevor das Ende der gewählten Gefällestrecke erreicht ist. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn durch den Benutzer über den von der Anzeige- und Eingabeeinrichtung 16 bereitgestellten Ladedialog fehlerhafte Parameter, die durch das Kraftfahrzeugmodell berücksichtigt werden, angegeben worden sind.
In vorbestimmten Ausnahmesituationen ist eine Überschreitung des oberen Grenzwerts zulässig ist. Solch eine Ausnahmesituation kann vorliegen, wenn anhand von Topographiedaten bestimmt wird, dass innerhalb einer vorbestimmten Zeit und/oder Wegstrecke ein Streckenabschnitt, auf dem mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert wird, erreicht wird, wobei der obere Grenzwert wieder unterschritten wird.
Ferner können Gegenmaßnahmen vorgenommen werden, um die Menge an gespeicherter rekuperierter Energie nicht über den Sollwert steigen zu lassen. So kann die überschüssige Energie über einen Bremswiderstand 26 als thermische Energie an die Umgebung abgeführt werden, wobei dieser Einsatz des Bremswiderstands 26 einem Benutzer in Form einer Warnung und/oder Aufforderung zum Anhalten auf einem Display angezeigt werden kann. Zudem kann ein zeitlich begrenztes zusätzliches Hochfahren von Nebenverbrauchern, beispielsweise einer Heizung und/oder Klimatisierung, durchgeführt werden, um elektrische Energie zu verbrauchen. Ferner kann der Inverter 24 derart angesteuert werden, dass im Inverter 24 und/oder in der elektrischen Maschine 22 gezielt eine höhere Verlustleistung erzeugt wird. Diese zusätzlich erzeugte Wärme des Inverters 24 und/oder der elektrischen Maschine 22 kann über ein Kühlsystem an die Umgebung abgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
12 Steuereinrichtung
14 Navigationssystem 16 Anzeige- und Eingabeeinrichtung
18 Sensorik
20 Traktionsbatterie
22 Elektrische Maschine
24 Inverter 26 Bremswiderstand
28 Leistungselektronik
30-1,... , 30-4 Kommunikationsleitung
32-1,... , 32-4 Elektrische Leitung
50 Kraftfahrzeug 60 Externe Ladequelle
100 Verfahren
S1 , S2, S3, S4 Verfahrensschritte
G1, G2 Gefällestrecke

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (100) zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer T raktionsbat- terie (20) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt, umfassend die Schritte: a) Erkennen (S1), ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie (20) mittels einer externen Ladequelle (60) bevorsteht; b) Bestimmen (S2) einer oder mehrerer möglicher Gefällestrecken (G1 , G2) für eine bevorstehende Gefällefahrt nach dem elektrischen Ladevorgang; c) Vorhersagen (S3) einer oder mehrerer Mengen an rekuperierter Energie, die durch das Kraftfahrzeug (50) entlang jeweils einer der bestimmten Gefällestrecken (G1 , G2) re- kuperiert werden; und d) Festlegen (S4) eines maximalen Batterieladezustands der Traktionsbatterie (20) für den Ladevorgang mittels der externen Ladequelle (60) in Abhängigkeit von den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei unter den vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie die höchste Menge ausgewählt und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der höchsten Menge festgelegt wird, vorzugsweise wobei sich der maximale Batterieladezustand aus einer Speicherkapazität oder aus einem Sollwert für den maximalen Batterieladezustand der Traktionsbatterie (20) abzüglich der ausgewählten höchsten Menge ergibt.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei a) das Festlegen (S4) eines maximalen Batterieladezustands ein manuelles Auswählen einer der bestimmten Gefällestrecken und/oder einer der vorhergesagten Mengen an rekuperierter Energie durch einen Benutzer über einen Ladedialog umfasst und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der ausgewählten Gefällestrecke (G1 , G2) und/oder der ausgewählten Menge an rekuperierter Energie festgelegt wird, und/oder b) der festgelegte maximale Batterieladezustand manuell durch den Benutzer über einen Ladedialog veränderbar ist und/oder verändert wird, und/oder c) eine Strecke zur bevorstehenden Gefällefahrt durch den Benutzer manuell, beispielsweise mittels eines Navigationssystems (14), angegeben wird und der maximale Batterieladezustand in Abhängigkeit von der manuell angegebenen Strecke festgelegt wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mengen an reku- perierter Energie vorhergesagt werden mithilfe eines hinterlegten Kraftfahrzeugmodells, das zumindest einen der folgenden Parameter für die bevorstehende Gefällefahrt berücksichtigt: eine Gefälleneigung, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (50), eine Beladung des Kraftfahrzeugs (50), Wetter- und Temperaturdaten und einen Energieverbrauch von Kraftfahrzeugverbrauchern, beispielsweise einer Kühlung, einer Klimatisierung, einer Heizung oder von Aufbauten, beispielsweise einem Kühlkoffer. Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei a) das hinterlegte Kraftfahrzeugmodell aus Fahrzyklen und/oder realen Fahrzeugmessungen bestimmt ist, anhand derer experimentell die Menge an rekuperierter Energie für unterschiedliche Werte der im Kraftfahrzeugmodell berücksichtigten Parameter für unterschiedliche Gefällestrecken ermittelt wird und die beispielsweise eine Dauer und Intensität eines rekuperativen Dauerbremsvorgangs je nach Gefälleneigung berücksichtigen, und/oder b) die Beladung des Kraftfahrzeugs (50) und/oder die Wetter- und Temperaturdaten manuell über ein Ladedialog angeben werden und/oder die Wetter- und Temperaturdaten mittels einer Sensorik (18) bestimmt werden. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der maximale Batterieladezustand ferner in Abhängigkeit von einer Speicherkapazität der Traktionsbatterie (20), einem aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie (20) und/oder einer aktuellen Fahrzeugmasse, einschließlich einer Zuladung, festgelegt wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Gefällestrecke der einen oder mehreren Gefällestrecken (G1 , G2) anhand von Topographiedaten bestimmt wird und zumindest eine der folgenden Bedingungen vorliegen: a) Die Gefällestrecke (G1 , G2) ist für das Kraftfahrzeug (50) befahrbar; b) die Länge der Gefällestrecke (G1 , G2) liegt oberhalb einer vorbestimmten Mindestlänge; c) ein Streckenanfang der Gefällestrecke (G1 , G2) liegt innerhalb einer Distanz zu einer Ladeposition, an welcher der elektrische Ladevorgang durchgeführt wird, und weist eine Gefälleneigung oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts, der vorzugsweise aus Fahrzyklen und/oder realen Fahrzeugmessungen bestimmt ist, auf; und/oder d) ein Streckenende der Gefällestrecke (G1 , G2) weist eine niedrigere Geländehöhe als die Ladeposition und eine Gefälleneigung unterhalb des vorbestimmten Grenzwerts auf, vorzugsweise wobei eine an das Streckenende anschließende Fahrstrecke mit einer vorbestimmten Länge eine mittlere Gefälleneigung unterhalb des vorbestimmten Grenzwerts aufweist. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erkennen, ob ein elektrischer Ladevorgang der Traktionsbatterie (20) mittels einer externen Ladequelle (60) bevorsteht, a) ein Erfassen eines aktuellen Standorts des Kraftfahrzeugs (50) und ein Prüfen, ob der erfasste Standort einer für einen elektrischen Ladevorgang geeigneten Standortkategorie entspricht, beispielsweise eine Ladestation, umfasst, und/oder b) ein Erkennen, dass das Kraftfahrzeug (50) mit der externen Ladequelle (60) elektrisch verbunden ist, umfasst, und/oder c) erst erfolgt, wenn sich das Kraftfahrzeug (50) im Stillstand befindet, und/oder d) anhand einer Benutzerabfrage überprüft wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein elektrisches Laden der Traktionsbatterie (20), bis der festgelegte maximale Batterieladezustand der Traktionsbatterie (20) erreicht ist. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Lebensdaueroptimierung der Traktionsbatterie (20) ein unterer Grenzwert, beispielsweise 15 %, und ein oberer Grenzwert, beispielsweise 85 %, für den Ladezustand der Traktionsbatterie (20) festgelegt sind, wobei nur in vorbestimmten Ausnahmesituationen eine Unterschreitung des unteren Grenzwerts und/oder eine Überschreitung des oberen Grenzwerts zulässig ist. Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei eine Ausnahmesituation, in der eine Überschreitung des oberen Grenzwerts zulässig ist, vorliegt, wenn anhand von Topographiedaten bestimmt wird, dass innerhalb einer vorbestimmte Zeit und/oder Wegstrecke ein Streckenabschnitt, auf dem mehr elektrische Energie verbraucht als rekuperiert wird, erreicht wird, wobei der obere Grenzwert wieder unterschritten wird. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei zur Einhaltung des oberen Grenzwerts bei Vorliegen überschüssiger rekuperierter Energie a) die überschüssige Energie über einen Bremswiderstand (26) als thermische Energie an die Umgebung abführbar ist, wobei dieser Einsatz des Bremswiderstands (26) einem Benutzer in Form einer Warnung und/oder Aufforderung zum Anhalten auf einem Display angezeigt wird, vorzugsweise wobei die Anzeige nur bei Erreichen eines thermisch kritischen Zustands des Bremswiderstands (26) erfolgt; und/oder b) ein zeitlich begrenztes zusätzliches Hochfahren von Nebenverbrauchern, beispielsweise einer Heizung und/oder Klimatisierung, durchgeführt wird, und/oder c) ein Ansteuern eines Inverters (24) des Kraftfahrzeugs (50) durchgeführt wird, derart, dass im Inverter (24) und/oder in einer elektrischen Maschine (22) des Kraftfahrzeugs (50) gezielt eine höhere Verlustleistung erzeugt wird, vorzugsweise wobei eine zusätzlich erzeugte Wärme des Inverters (24) und/oder der elektrischen Maschine (22) über ein Kühlsystem an die Umgebung abgeführt wird. Vorrichtung (10) zur Bereitstellung einer Speicherkapazitätsreserve in einer Traktionsbatterie (20) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, für eine bevorstehende Gefällefahrt, umfassend: eine Steuervorrichtung (12), die ausgebildet ist, das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen. Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine motorisch betreibbare elektrische Maschine (22); und/oder eine Traktionsbatterie (20) zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine (22) und zur Aufnahme von durch die elektrische Maschine (22) rekupe- rierter Energie; und/oder ein Navigationssystem (14) zur Bereitstellung von Topographiedaten und vorzugsweise zum Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Gefällestrecken (G1 , G2) für eine bevorstehende Gefällefahrt nach einem Ladevorgang des Kraftfahrzeugs (50); und/oder eine Anzeige- und Eingabeeinrichtung (16) zur Bereitstellung eines Ladedialogs für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs (50); und/oder einen Bremswiderstand (26), der in einer Ausnahmesituation, vorzugsweise wenn ein oberer Grenzwert des Batterieladezustands erreicht ist oder ein thermisch kritischer Zustand, einsetzbar ist. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 13 oder 14.
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